CC BY
27
УДК 378.046.4
ВИРТУАЛЬНОЕ ОБУЧЕНИЕ ПРИ ПОВЫШЕНИИ КВАЛИФИКАЦИИ
СПЕЦИАЛИСТОВ
Майоров А. А., д.т.н. профессор, ректор, Куприянов А. О., к.т.н., профессор, Шкуров Ф. В., к.т.н., Атаманов С. А., к.т.н., доцент, Григорьев С. А., к.т.н., Дубов С.С., к.т.н.,
Московский государственный университет геодезии и картографии, Россия E-mail: [email protected]
Аннотация. В статье рассмотрен опыт виртуального обучения на курсах повышения квалификации в области наук о Земле. Особенностью курсов является обучение использованию спутниковых приемников для выполнения геодезических работ. Особенностью является многоуровневое обучение и тестирование. Ключевые слова. образование, виртуальное обучение, виртуальные модели, спутниковые технологии, геоинформатика, дистанционное зондирование.
VIRTUAL EDUCATION IN TRAINING SPECIALISTS
Mayorov A.A. Ph.D. Professor, Kupriyanov A.O. D.of Sci., Professor, Shkurov F.V., Ph.D.,
Atamanov Sergey, Ph.D., Sergei Grigoriev, Ph.D., Dubov S.S. Ph.D. Moscow State University of Geodesy and Cartography, Moskow, Russia E-mail: [email protected]
Abstract. The article describes the experience of virtual learning training courses in the field of earth sciences. Feature of the course is to teach the use of satellite receivers to perform surveying. A special feature is a multi-level training and testing.
Keywords. education, virtual learning, virtual models, satellite technology, geoinformatics, remote sensing
В Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГаИК) за период 2011-2012 гг. был разработан комплекс учебно-методических пособий для курсов повышения квалификации специалистов по заданию «Роскосмоса». Методически организация курсов строилась по принципам андагогики [1].
С информационной точки зрения организация курсов строилась на основе создания информационных ресурсов и получения знаний методами геодезии и геоинформатики [2]. Концептуально курсы строились на основе использования пространственных отношений и применения геореференции [3] как фактора пространственной связи и основы построения виртуальных моделей.
Повышение квалификации рассчитано на специалистов, имеющих базовое образование и специальные знания, поэтому в качестве основы построения обучающих сценариев использовался игровой метод обучения [4]. Оценка результатов обучения строилось по многоуровневому принципу [5]. Для повышения эффективности процесса
оценки результатов обучения применялись оппозиционные (дихотомические) переменные [6].
При построении сценариев обучения и виртуальных моделей использовался коррелятивный анализ [7]. Он выполнял две функции: выявлял и исключал взаимозависимость между факторами информационной ситуации и включал взаимозависимость при многоуровневом последовательном тестировании.
Процессы виртуального обучения делились на две группы: интерактивные (онлайн) и закрытые (офф-лайн). В основу он-лайн тестирования положено пространственное моделирование и ситуационное моделирование [8]. Основой интерактивного виртуального обучения служили виртуальные сценарии. Они делились на базовые и прикладные сценарии. Это соответствовало нескольким уровням тестирования в аспекте многоуровневого тестирования [5]. Это соответствовало двум компетентностным уровням в аспекте обучения [9].
Общая цель комплекса состояла в подготовке специалистов в области геодезического образования [10], в частности, в области технологий спутниковых геодезических измерений.
Интерактивному виртуальному обучению предшествовал теоретический базовый курс. Он включал знакомство слушателей с технологиями определения координат, со спутниковым геодезическим обеспечением, с использованием глобальных навигационных спутниковых систем второго поколения: ГЛОНАСС (Россия) и GPS NAVSTAR (США). Он включал обучение анализу и оценке точности полученных результатов.
Базовые сценарии заключались в выработке навыков работы со спутниковыми приемниками безотносительно к решаемым задачам. Учебная задача состояла к изучению техники использования приемника.
Основу обучения составляли сценарии виртуальной реальности. На основе данных дистанционного зондирования моделировалась реальная плановая (или двухмерная) ситуация местности. Она дополнялась искусственными данными, которые задавал преподаватель. Например, он мог задать высоты согласно определенной аналитической функции. Именно определение высот в зависимости от плановых координат и служило одним из контролей правильности проведенных работ в виртуальном пространстве.
Базовые сценарии виртуальной реальности начинаются с простейшей информационной ситуации: установка (горизонтирование) штатива (рис.1)
С помощью виртуальной реальности обучаемый производит те же операции что
в реальности.
Рис. 1. Визуальная модель, виртуализирующая процедуру установки и горизонтирования штатива.
Только вместо механических вращений винтов штатива или механического ручного удлинения/ укорачивания ног штатива, используется мышь и соответствующие указатели в виде стрелок. Зелеными стрелками показаны части штатива, с которыми в реальности работает оператор.
С помощью мыши обучаемый выполняет виртуальные действия, адекватные реальным действиям на местности. Он изменяет высоту штатива, путем изменения его «ног» (зеленые треугольники выше-ниже). Он горизонтирует штатив с помощью виртуального воздействия на соотвествующие винты (круговые стрелки влево вправо). Круглый уровень эмулирует горизонтирование по результату действий оператора и соответствует реальному уровню.
Процесс виртуальных действий на 2-3 порядка быстрее реальных действий. Это существенно сокращает время обучения и позволяет повторять многократно ряд операций, за период однократного выполнения операций с реальным штативом.
Следующие базовые сценарии включают виртуализацию измерений в информационной ситуации перемещения прибора по местности. Информационная ситуация моделирует местность, на которой необходимо провести измерения с помощью спутникового приемника (рис.2). В левой части экрана расположен план местности, полученный по аэрофотоснимку. В правой части экрана моделируются
показания приемников. Первоначально производится установка базовой станции -базовый приемник в верхней части экрана справо.
В левой части экрана на местности красным цветом показан спутниковый приемник, который можно перемещать и центрировать. Его координаты отражаются на эмуляции дисплея «базовый приемник».
После установки базового приемника осуществляют работу с другим приемником, который называют ровером (подвижный приемник).
Рис.2 Виртуальная реальность местности и показаний приемников.
С помощью мыши ровер (изображение в виде ключа для двери) перемещают по местности и в соответствии с положением приемника на местности (левая часть экрана) меняются координаты приемника (правая часть экрана, дисплей «приемник ровер»).
Цель этих сценариев освоить определение координат при перемещении приемника и освоить перемещение приемника в точки, координаты которых заданы заранее (задача выноса в натуру).
При этом виртуальная реальность сокращает на 2 - 3 порядка время, которое требуется для проведения подобных работ в реальных условиях. Это, прежде всего, связано с перемещением приемника по местности. Движением мыши приемник перемещается за секунды, в то время как в реальности требуются десятки минут или
часы. При этом доминантой обучения является правильная работа с приемником. Соответственно, тестирование направлено на оценку стандартных действий оператора и такое тестирование легко осуществляет специалист средней квалификации.
Следующий уровень обучения включал сценарии решения практических задач при проведении кадастровых и землеустроительных работ. Фактически проводилось игровое обучение в виртуальном 3Б - пространстве.
Основное виртуальных сценариев второго уровня — дать возможность выполнять практические работы и проводить тестирование результатов обучения с помощью программного обеспечения, моделирующего:
• работу на оборудовании;
• процесс постобработки данных;
• рельеф местности и окружающую среду.
Доминантой бучения является проверка умения решать задачи в первую очередь и лишь во вторую умение работать с приемниками. Соответственно, такое виртуальное обучение направлено на выработку креативных действий оператора, тестирование результатов осуществляет специалист высокой квалификации.
Тестирование включает моделирование процессов полевых спутниковых наблюдений, выполняемых при обеспечении геодезической и картографической деятельности.
Дополнительные учебные возможности при использовании виртуальной реальности в том, что сценарии этого уровня позволяют создавать множество вариаций исходной ситуации. Это означает, что можно сценарии подстраивать под индивидуального обучаемого. Это невозможно в реальных условиях, где группа работает с одним прибором и получает общие для группы результаты. На рис.3. показана виртуальная реальность, описывающая ситуации при картографировании автомобильных дорог.
На рис. 3 приведена модель местности с автодорогой, которую необходимо оцифровать с использованием спутниковых приемников. Особенность виртуальных сценариев является возможность моделирования зон четкой и нечеткой связи (оппозиционные переменные) зон устойчивой и неустойчивой связи (коррелятивные переменные).
На рис.4 показана виртуальная реальность, описывающая ситуации при изысканиях и строительстве.
Рис.3. Виртуальная реальность при картографировании автомобильных дорог с использованием спутниковых технологий ГЛОНАСС
Ь.»™» оЛич~«.. ср.д<-т«, и«™.,»».»« cnr-«»« nw.rw
Рис.4. Возможности использования ГЛОНАСС GPS измерений на различных этапах изысканий и строительства
Крестиками отмечены места выноса в натуру или места измерений. В на этом уровне обучения возможно решение задач при следующий ситуациях. Создание исходной основы для мониторинга объектов транспортной инфраструктуры. Создание каркасных и заполняющих сетей для позиционирования пунктов протяженных объектов.
На этом уровне изучается и решается задача мониторинга трубопроводов с использованием спутниковых технологий (рис.5).
И иит*(м*тмамм обучен ме г лона с С
Ислолиоми« ГЛОНАСС Кмомим раеогы для р«шеиш идеи »ч и мртограф»а I
Рис.5. Виртуальная реальность мониторинга трубопроводов с использованием спутниковых технологий ГЛОНАСС
Возможно тестирование при использовании аппаратуры ГЛОНАСС при съёмке подземных коммуникаций. В этом случае возникает необходимость создавать цифровые модели, что делает виртуальное обучение многоуровневым и комплексным.
На этом уровне изучается и решается задача создание деформационной сети и проведение циклов наблюдений за объектами транспортной инфраструктуры (рис.6).
Рис. 6. Виртуальная реальность мониторинга инженерных сооружений (мост).
На этом уровне изучается и решается задача развитие съемочного обоснования для целей инвентаризации земель и объектов недвижимости (рис.7).
Возможно тестирование по задачам: получение точных координат пункта в глобальной системе отсчета, характеристика объектов картографирования, привязанных к цифровой основе, созданной с использованием средств ГЛОНАСС (полевое обследование), создание условных знаков, нанесение на карту объектов навигационной информации машинно-ориентированный вывод информации и др.
Возможно тестирование решения задачи применения технологий ГЛОНАСС и GPS для съёмки шельфа и внутренних водоёмов.
ИИмтдокт«»«» 0бу**м4« ГЛОНАСС
Нто ГЛОНЛДС
ЦЧрЧЧ..«* (МбО'ы дм рщши Ы^гч ГМДЩМ1 N шртограф««■
Рис.7. Виртуальная реальность при развитии съемочного обоснования для целей кадастра и инвентаризации земель и объектов недвижимости
В целом обучение с помощью виртуальных моделей позволяет существенно расширить сферу обучения и существенно ускоряет выработку практических навыков. Как показал опыт, применение виртуальной реальности при обучении повышало качество обучения и сократило сроки освоения технологий по сравнению с реальными работами.
Список литературы
1. Цветков В.Я. Особенности подготовки специалистов второго высшего образования // Дистанционное и виртуальное обучение. - 2013. - №3. -с.50-55.
2. Майоров А.А. О современном состоянии геодезического образования // Дистанционное и виртуальное обучение. - 2013. - №2. -с.71-77.
3. Цветков В.Я. Геореференция как инструмент анализа и получения знаний // Международный научно-технический и производственный журнал «Науки о Земле». 2011. — №2. с.63-65.
4. Майоров А.А., Соловьев И.В., Шкуров Ф.В., Купцов А.Б. Разработка модели требований к комплексу программно- технических средств обучения специалистов
картографо-геодезического профиля методом компьютерной деловой игры // Геодезия и аэрофотосъемка. - 2008. - № 5. - С. 79-83.
5. Кулагин В. П., Цветков В.Я Особенности многоуровневого тестирования // Дистанционное и виртуальное обучение.- 2013.- №4. -с.5-12.
6. Цветков В.Я. Использование оппозиционных переменных для анализа качества образовательных услуг // Современные наукоёмкие технологии. - 2008. - №.1 - с. 62-64.
7. Tsvetkov V. Ya. Framework of Correlative Analysis // European Researcher, 2012, Vol.(23), № 6-1, p.839- 844.
8. Маркелов В.М. Геоинформационное ситуационное моделирование // Международный научно-технический и производственный журнал «НАУКИ О ЗЕМЛЕ». - №4-2012.- с.72-76.
9. Розенберг И.Н. Построение автоматизированной системы дистанционного обучения для специалистов // Дистанционное и виртуальное обучение. - 2013. - №2. -с.4-8.
10. Ozhereleva Т.А. Geodetic Education // European Researcher, 2013, Vol.(40), № 2-1 р.268-272
